CN113429079B - 灌溉水重金属去除系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了灌溉水重金属去除系统，包括：过滤罐，其水平设置，所述过滤罐两侧分别设置有进水口和出水口，所述过滤罐内部由所述进水口至所述出水口依次设置有粗过滤层、吸附层和细过滤层，所述粗过滤层由砾石和粗砂制成，所述吸附层由生物炭制成，所述细过滤层由陶粒或炉渣制成；富集箱，其相对的两侧分别分布有进水孔和出水孔，所述富集箱内填充有种植基质，所述种植基质中栽种有超积累植物，所述种植基质表面覆盖有天然纤维层，所述天然纤维层上设置有超积累植物伸出的孔洞，所述种植基质为土壤和生物炭的混合物。本发明能够充分吸附灌溉水中的重金属，避免重金属超标水用于灌溉。

Description

灌溉水重金属去除系统

技术领域

本发明涉及环保设备相关技术领域。更具体地说，本发明涉及一种灌溉水重金属去除系统。

背景技术

当被重金属污染的水体被引用作为农业灌溉用水后，会造成土壤重金属积累，再通过农作物进入食物链，在人体内富集，从而威胁人类健康。目前，采用吸附剂去除水体中重金属的技术已经得到了较多的研究，但是相关的设备或装置则还较少，且实用性还需进一步改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种灌溉水重金属去除系统，充分吸附灌溉水中的重金属，避免重金属超标水用于灌溉。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了灌溉水重金属去除系统，包括：过滤罐，其水平设置，所述过滤罐两侧分别设置有进水口和出水口，所述过滤罐内部由所述进水口至所述出水口依次设置有粗过滤层、吸附层和细过滤层，所述粗过滤层由砾石和粗砂制成，所述吸附层由生物炭制成，所述细过滤层由陶粒或炉渣制成；富集箱，其相对的两侧分别分布有进水孔和出水孔，所述富集箱内填充有种植基质，所述种植基质中栽种有超积累植物，所述种植基质表面覆盖有天然纤维层，所述天然纤维层上设置有超积累植物伸出的孔洞，所述种植基质为土壤和生物炭的混合物。

进一步地，还包括吸附筒，所述吸附筒包括：筒体，其上端开口，所述筒体左右两侧分别设置有污水进口和污水出口；转动杆，其垂直设置在所述筒体底面，并以可旋转地方式设置，所述转动杆的横截面为三角形；旋转框架，其包括主杆和若干矩形框，所述主杆内部沿轴向设置有通道，所述通道与所述转动杆匹配，若干所述矩形框依次连接在所述主杆侧壁，所述矩形框的前后两侧分别覆盖有过滤网，两块所述过滤网之间填充有生物炭。

进一步地，所述生物炭的制备方法包括：取生物质，在70℃下烘干至恒重，然后置于300℃的管式炉碳化处理2小时，冷却后用HCl溶液处理，过滤，烘干，即得所述生物炭。

进一步地，所述生物质为小麦秸秆、花生壳、芦苇秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。

进一步地，所述筒体为圆柱状结构，所述污水进口和所述污水出口的轴线均沿着所述筒体的切线方向。

进一步地，所述转动杆沿着所述筒体的轴线方向，若干所述矩形框的宽度与所述筒体的半径匹配。

进一步地，其中一个所述过滤网与所述矩形框可拆卸连接。

进一步地，所述吸附筒还包括封盖，用于封闭所述筒体的上端，所述封盖与所述筒体上端可拆卸连接。

进一步地，所述吸附筒还包括：报警器；第一声音传感器和第二声音传感器，其分别设置在所述筒体外部底部和所述封盖上，所述第一声音传感器和所述第二声音传感器分别用于采集第一声音信号和第二声音信号；控制器，其与所述报警器、所述第一声音传感器和所述第二声音传感器电连接，用于根据所述第一声音信号和所述第二声音信号，使所述报警器发出或不发出更换所述生物炭的报警信号。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的过滤罐包括粗过滤层、吸附层和细过滤层，用于对灌溉水进行初步过滤和吸附，富集箱则利用生物炭和超积累植物协同作用，对灌溉水中的重金属进行充分地吸收，降低灌溉水中重金属含量。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明过滤罐和富集箱的结构示意图；

图2为本发明吸附筒的侧视图；

图3为本发明吸附筒的俯视图；

图4为本发明旋转框架的结构示意图

图5为图4的横截面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本申请的实施例提供了灌溉水重金属去除系统，包括：过滤罐4，其水平设置，所述过滤罐两侧分别设置有进水口和出水口，所述过滤罐内部由所述进水口至所述出水口依次设置有粗过滤层401、吸附层402和细过滤层403，所述粗过滤层401由砾石和粗砂制成，所述吸附层402由生物炭制成，所述细过滤层403由陶粒或炉渣制成；富集箱5，其相对的两侧分别分布有进水孔和出水孔，所述富集箱内填充有种植基质501，所述种植基质501中栽种有超积累植物502，所述种植基质501表面覆盖有天然纤维层，所述天然纤维层上设置有超积累植物伸出的孔洞，所述种植基质为土壤和生物炭的混合物。

在上述实施例中，过滤罐内可竖直设置涤纶布或过滤网，将粗过滤层、吸附层和细过滤层分隔开来，进水口低于出水口，使得粗过滤层、吸附层和细过滤层能够被充分利用。粗过滤层和细过滤层的材料尺寸可根据灌溉水的实际情况调整，能够分别对大颗粒杂质和小颗粒杂质进行过滤即可。富集箱的进水孔和过滤罐的出水口通过管道连通，用于对经过滤罐处理得到的灌溉水进行进一步地去除重金属，生物炭的比表面积大，能够充分吸附重金属，超积累植物对重金属的吸附虽然较慢，但绿色环保，且能够实现重金属的回收。本实施例将生物炭作为植物种植基质的一种原料，能够利用生物炭将重金属快速吸附到超积累植物周围，供超积累植物充分吸收，能够使两者协同作用，提升重金属的吸收效率，降低成本。超积累植物可以是天蓝遏蓝菜、龙葵、箭叶等，可根据灌溉水的污染情况选择。可选地，管道上可设置调节灌溉水流速的阀门，避免流速过快，影响超积累植物对重金属的吸收。可选地，种植基质可由滤网包围，降低种植基质流失的速度。

在另一些实施例中，如图2～5所示，还包括吸附筒，所述吸附筒包括：筒体1，其上端开口，所述筒体1左右两侧分别设置有污水进口101和污水出口102；转动杆2，其垂直设置在所述筒体1底面，并以可旋转地方式设置，所述转动杆2的横截面为三角形；旋转框架3，其包括主杆301和若干矩形框302，所述主杆301内部沿轴向设置有通道305，所述通道305与所述转动杆2匹配，若干所述矩形框302依次连接在所述主杆301侧壁，所述矩形框302的前后两侧分别覆盖有过滤网303，两块所述过滤网303之间填充有生物炭304。

在上述实施例中，筒体1可为方筒或圆筒，下端封闭，上端开口。筒体1侧壁两侧分别设置污水进口101和污水出口102，污水进口101和污水出口102处具有必要的连接结构，用于与污水输送管道连接。转动杆2旋转设置在筒体1内部，可通过在筒体1底部设置轴承的方式设置。旋转框架3通过的主杆301内设置通道305，用于与转动杆2插接配合，并使得旋转框架3能够跟随转动杆2旋转，图2示出了转动杆和旋转框架相配合的示意图。旋转框架3的主杆301外均匀连接若干矩形框302，矩形框302具有一定的厚度，使得在矩形框302的两侧覆盖过滤网303后，能够在过滤网303之间形成一容置空间，该容置空间内用于填充生物炭304，矩形框302的数量优选为六个或八个，以在筒体1内部形成足够大的生物炭304比例以及足够大的吸附面积。生物炭304可利用生物质碳化得到，可采用现有技术。使用时，向过滤网303之间的容置空间内填充生物炭304，将主杆301的通道305对准转动杆2并卡入转动杆2，使得旋转框架3能够跟随转动杆2转动，将污水进口101和污水出口102分别与污水输送管道连通，污水在经过筒体1时，能够带动旋转框架3转动，使得生物炭304的每个部分都能与污水进行充分地接触，在吸附一段时间后，停止通入污水，取出旋转框架3并更换或者更换生物碳。可以看出，本实施例可直接与污水输送管道对接，可在污水输送管道中使用一个或多个，较方便地与其它污水处理设备联用，并且在生物炭304的吸附能力不能满足要求后，可直接更换旋转框架3，比较便捷。本实施例的旋转框架3可在污水的驱动下在筒体1内旋转，通过旋转延长了污水在筒体1内与生物炭304的作用时间，并使得生物炭304的每部分都能与污水作用，生物炭304的使用率高，吸附效果好。本实施例的吸附筒可设置在富集箱下游，对经富集箱处理的灌溉水进行进一步吸附，弥补过滤罐和富集箱中生物炭无法随时更换的缺陷。

在另一些实施例中，所述生物炭304的制备方法包括：取生物质，在70℃下烘干至恒重，然后置于300℃的管式炉碳化处理2小时，冷却后用HCl溶液处理，过滤，烘干，即得所述生物炭304。可选地，在管式炉内的升温速率为5℃/min，用浓度为200ml 1mol/L的HCl溶液处理12h，过滤后，用蒸馏水洗至中性后，于70～80℃下烘干。

在另一些实施例中，所述生物质为小麦秸秆、花生壳、芦苇秸秆和玉米秸秆中的一种或多种，可根据需要选择，当重金属为铜和镉时，选用芦苇秸秆制备的生物炭304最佳。

在另一些实施例中，所述筒体1为圆柱状结构，所述污水进口101和所述污水出口102的轴线均沿着所述筒体1的切线方向，使得污水能够较好地推动旋转框架3转动，并在筒体1内停留较长时间。可选地，污水进口101和污水出口102的距离为筒体1的直径。

在另一些实施例中，所述转动杆2沿着所述筒体1的轴线方向，若干所述矩形框302的宽度与所述筒体1的半径匹配，这样尽可能利用筒体1内的空间，提升生物炭304在筒体1内的占比。

在另一些实施例中，其中一个所述过滤网303与所述矩形框302可拆卸连接，方便拆卸过滤网303，更换生物炭304。

在另一些实施例中，所述吸附筒还包括封盖，用于封闭所述筒体1的上端，所述封盖与所述筒体1上端可拆卸连接，方便整体取出和安装旋转框架3。

在另一些实施例中，所述吸附筒还包括：报警器；第一声音传感器103和第二声音传感器104，其分别设置在所述筒体1外部底部和所述封盖上，所述第一声音传感器103和所述第二声音传感器104分别用于采集第一声音信号和第二声音信号；控制器，其与所述报警器、所述第一声音传感器103和所述第二声音传感器104电连接，用于根据所述第一声音信号和所述第二声音信号，使所述报警器发出或不发出更换所述生物炭304的报警信号。在这些实施例中，当生物炭304被重金属以及其它污染物污染后，旋转框架3旋转产生的声音会产生变化，可根据该变化发出警告信号，提醒工作人员更换旋转框架3，报警器可以是闪烁灯等。具体地，在筒体1底部和封盖上分别设置第一声音传感器103和第二声音传感器104，分别采集第一声音信号和第二声音信号，然后将第一声音信号和第二声音信号与设定阈值进行比较，如果超过设定阈值，则发出报警信号，设定阈值可根据实验确定。或者，利用与本申请的装置进行试验，采集各时间段的第一声音信号、第二声音信号以及生物炭304的污染程度，污染程度可通过取出旋转框架3后对生物炭304的质量和外观专家打分后确定或者直接通过化学方法测定生物炭304中污染物含量，以第一声音信号、第二声音信号为输入，以生物炭304的污染程度为输出，建立神经网络模型。在实际使用时，实时将第一声音信号和第二声音信号输入神经网络模型，跟输出结果，判断是否发出报警信号。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明灌溉水重金属去除系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.灌溉水重金属去除系统，其特征在于，包括：

过滤罐，其水平设置，所述过滤罐两侧分别设置有进水口和出水口，所述过滤罐内部由所述进水口至所述出水口依次设置有粗过滤层、吸附层和细过滤层，所述粗过滤层由砾石和粗砂制成，所述吸附层由生物炭制成，所述细过滤层由陶粒或炉渣制成；

富集箱，其相对的两侧分别分布有进水孔和出水孔，所述富集箱内填充有种植基质，所述种植基质中栽种有超积累植物，所述种植基质表面覆盖有天然纤维层，所述天然纤维层上设置有超积累植物伸出的孔洞，所述种植基质为土壤和生物炭的混合物；

吸附筒，所述吸附筒包括：筒体，其上端开口，所述筒体左右两侧分别设置有污水进口和污水出口；转动杆，其垂直设置在所述筒体底面，并以可旋转地方式设置，所述转动杆的横截面为三角形；旋转框架，其包括主杆和若干矩形框，所述主杆内部沿轴向设置有通道，所述通道与所述转动杆匹配，若干所述矩形框依次连接在所述主杆侧壁，所述矩形框的前后两侧分别覆盖有过滤网，两块所述过滤网之间填充有生物炭；所述吸附筒还包括封盖，用于封闭所述筒体的上端，所述封盖与所述筒体上端可拆卸连接；

所述吸附筒还包括：报警器；第一声音传感器和第二声音传感器，其分别设置在所述筒体外部底部和所述封盖上，所述第一声音传感器和所述第二声音传感器分别用于采集第一声音信号和第二声音信号；控制器，其与所述报警器、所述第一声音传感器和所述第二声音传感器电连接，用于根据所述第一声音信号和所述第二声音信号，使所述报警器发出或不发出更换所述生物炭的报警信号；将第一声音信号和第二声音信号输入神经网络模型，根据输出的污染程度判断是否发出报警信号；其中，采集试验时各时间段的第一声音信号、第二声音信号以及生物炭的污染程度，污染程度通过取出旋转框架后对生物炭的质量和外观进行专家打分后确定或者直接通过化学方法测定生物炭中污染物含量确定，以第一声音信号、第二声音信号为输入，以生物炭的污染程度为输出，建立神经网络模型；

所述筒体为圆柱状结构，所述污水进口和所述污水出口的轴线均沿着所述筒体的切线方向。

2.如权利要求1所述的灌溉水重金属去除系统，其特征在于，所述生物炭的制备方法包括：取生物质，在70℃下烘干至恒重，然后置于300℃的管式炉碳化处理2小时，冷却后用HCl溶液处理，过滤，烘干，即得所述生物炭。

3.如权利要求2所述的灌溉水重金属去除系统，其特征在于，所述生物质为小麦秸秆、花生壳、芦苇秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的灌溉水重金属去除系统，其特征在于，所述转动杆沿着所述筒体的轴线方向，若干所述矩形框的宽度与所述筒体的半径匹配。

5.如权利要求2所述的灌溉水重金属去除系统，其特征在于，其中一个所述过滤网与所述矩形框可拆卸连接。

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